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硬度最大的金属 金属材料力学性能最常用的几项指标硬度是评定金属材料力学性能最常用的指标之一。
对于金属材料的硬度，至今在国内外还没有一个包括所有试验方法的统一而明确的定义。就已经标准化的、被国内外普通采用的金属硬度试验方法而言，金属材料硬度的定义是:材料抵抗另一较硬材料压入的能力。
硬度检测是评价金属力学性能最迅速、最经济、最简单的一种试验方法。
硬度检测的主要目的就是测定材料的适用性，或材料为使用目的所进行的特殊硬化或软化处理的效果。
对于被检测材料而言，硬度是代表着在一定压头和试验力作用下所反映出的弹性、塑性、强度、韧性及磨损抗力等多种物理量的综合性能。
由于通过硬度试验可以反映金属材料在不同的化学成分、组织结构和热处理工艺条件下性能的差异，因此硬度试验广泛应用于金属性能的检验、监督热处理工艺质量和新材料的研制。金属硬度检测主要有两类试验方法。一类是静态试验方法，这类方法试验力的施加是缓慢而无冲击的。硬度的测定主要决定于压痕的深度、压痕投影面积或压痕凹印面积的大小。静态试验方法包括布氏、洛氏、维氏、努氏、韦氏、巴氏等。其中布、洛、维三种测试方法是最长用的，它们是金属硬度检测的主要测试方法。
而洛氏硬度试验又是应用最多的，它被广泛用于产品的检测，据统计，目前应用中的硬度计70%是洛氏硬度计。另一类试验方法是动态试验法，这类方法试验力的施加是动态的和冲击性的。
这里包括肖氏和里氏硬度试验法。动态试验法主要用于大型的及不可移动工件的硬度检测。
1.布氏硬度计原理
对直径为D的硬质合金压头施加规定的试验力，使压头压入试样表面，经规定的保持时间后，除去试验力，测量试样表面的压痕直径d，布氏硬度用试验力除以压痕表面积的商来计算。 图1布氏硬度试验原理 HB =F / S ……………… (1-1) =F / πDh ……………… (1-2) =……………… (1-3) 式中：F —— 试验力，N； S —— 压痕表面积，mm； D —— 球压头直径，mm； h —— 压痕深度， mm； d —— 压痕直径，mm
布氏硬度计的特点：布氏硬度检测的优点是其硬度代表性好，由于通常采用的是10 mm直径球压头，3000kg试验力，其压痕面积较大，能反映较大范围内金属各组成相综合影响的平均值，而不受个别组成相及微小不均匀度的影响，因此特别适用于测定灰铸铁、轴承合金和具有粗大晶粒的金属材料。
它的试验数据稳定，重现性好，精度高于洛氏，低于维氏。此外布氏硬度值与抗拉强度值之间存在较好的对应关系。
布氏硬度试验的缺点是压痕较大，成品检验有困难，试验过程比洛氏硬度试验复杂，测量操作和压痕测量都比较费时，并且由于压痕边缘的凸起、凹陷或圆滑过渡都会使压痕直径的测量产生较大误差，因此要求操作者具有熟练的试验技术和丰富经验，一般要求由专门的实验员操作。
布氏硬度与抗拉强度的关系由于布氏硬度试验能够反映出试样较大范围内的综合性能，因此布氏硬度与材料的其他机械性能关系密切，尤其是与抗拉强度存在近似的换算关系：σb=K·HB ……………… (1-6)式中：σb—抗拉强度值，MN/m2；K—常数，不同材料有不同的数值。
通过测试布氏硬度可以间接得到材料的抗拉强度。这一点在生产实际中具有重大意义。
可以通过测量硬度的方法得到近似的强度值，这样既可以提高工作效率，又可以节省材料。
部分金属材料的换算关系如1-3表所示。
材料
布氏硬度值
近似换算关系
钢
125～175＞175
σb≈0.343HB×10MN/m2σb≈0.363HB×10MN/m2
铸铝合金
σb≈0.26HB×10MN/m2
退火黄铜、青铜
σb≈0.55HB×10MN/m2
冷加工后的黄铜、青铜
σb≈0.40HB×10MN/m2
2.洛氏硬度计原理
在规定条件下，将压头(金刚石圆锥、钢球或球)分2个步骤压入试样表面。卸除主试验力后，在初试验力下测量压痕残余深度h。
以压痕残余深度h代表硬度的高低。洛氏硬度试验原理如图2-1所示。
硬质合金
1—在初始试验力F0下的压入深度；2—在总试验力F0+F1下的压入深度；3—去除主试验力F1后的弹性回复深度；4—残余压入深度h；5—试样表面；6—测量基准面；7—压头位置
洛氏硬度试验分为2种，一种是普通洛氏硬度试验，一种是表面洛氏硬度试验。洛氏硬度试验采用1200金刚石圆锥和1.588mm、3.175mm钢球三种压头，采用60kg、100kg、150kg三种试验力，它们共有九种组合，对应于洛氏硬度的九个标尺，即HRA、HRB、HRC、HRD、HRE、HRF、HRG、HRH、HRK。
表面洛氏硬度试验采用1200金刚石圆锥和1.588mm钢球2种压头，采用15kg、30kg、45kg三种试验力，它们共有六种组合，对应于表面洛氏的六个标尺，即HR15N、HR30N、HR45N、HR15T、HR30T、HR45T。
洛氏硬度标尺技术条件
洛氏硬度标尺
硬度符号
压头类型
初试验力F0(N)
主试验力F1(N)
总试验力F0+ F1(N)
适用范围
A
HRA
120°金刚石圆锥
98.07
490.3
588.4
20～88HRA
B
HRB
1.5875mm钢球
98.07
882.6
980.7
20～100HRB
C
HRC
120°金刚石圆锥
98.07
1373
1471
20～70HRC
D
HRD
120°金刚石圆锥
98.07
882.6
980.7
40～77HRD
E
HRE
3.175mm钢球
98.07
882.6
980.7
70～100HRE
F
HRF
1.5875mm钢球
98.07
490.3
588.4
60～100HRF
G
HRG
1.5875mm钢球
98.07
1373
1471
30～94HRG
H
HRH
3.175mm钢球
98.07
490.3
588.4
80～100HRH
K
HRK
3.175mm钢球
98.07
1373
1471
40～100HRK
表面洛氏硬度标尺技术条件
表面洛氏硬度标尺
硬度符号
压头类型
初试验力F0(N)
主试验力F1(N)
总试验力F0+ F1(N)
适用范围
15N
HR15N
120° 金刚石圆锥
29.42
117.7
147.1
70～94HR15N
30N
HR30N
264.8
294.2
42～86HR30N
45N
HR45N
411.9
441.3
20～77HR45N
15T
HR15T
1.5875mm钢球
29.42
117.7
147.1
67～93HR15T
30T
HR30T
264.8
294.2
29～82HR30T
45T
HR45T
411.9
441.3
10～72HR45T
取自国家标准GB/T230.1-2004 注：力值单位9.8N=1kg)
洛氏硬度计特点
洛氏硬度试验操作简单，测量迅速，可在指示表上直接读取硬度值，工作效率高，成为最常用的硬度试验方法之一。由于试验力较小，压痕也小，特别是表面洛氏硬度试验的压痕更小，对大多数工件的使用无影响，可直接测试成品工件，初试验力的采用，使得试样表面轻微的不平度对硬度值的影响较小，因此，此仪器非常适于在工厂使用，适于对成批加工的成品或半成品工件进行逐件检测，
该试验方法测量操作的要求不高，非专业人员容易掌握。
3.维氏硬度计原理
3.1 维氏硬度计原理采用正四棱锥体金刚石压头，在试验力作用下压入试样表面，保持规定时间后，卸除试验力，测量试样表面压痕对角线长度，见图3-1。
图3-1维氏硬度试验原理图试验力除以压痕表面积的商就是维氏硬度值。维氏硬度值按式(３－１)计算：HV = 常数×试验力/压痕表面积 ≈0.1891 F／d2 …………(3－1)式中：HV ———— 维氏硬度符号；F ―――― 试验力，N；d ———— 压痕两对角线d
1、d2的算术平均值，mm实用中是根据对角线长度d通过查表得到维氏硬度值。
国家标准规定维氏硬度压痕对角线长度范围为0.020～1.400mm3.2 维氏硬度的表示方法维氏硬度表示为HV，维氏硬度符号HV前面的数值为硬度值，后面为试验力值。
标准的试验保持时间为10～15S。
如果选用的时间超出这一范围，在力值后面还要注上保持时间。例如：600HV30—表示采用294.2N(30kg)的试验力，保持时间10～15S时得到的硬度值为600。
600HV30/20—表示采用294.2N(30kg)的试验力，保持时间20S时得到的硬度值为600。3.3 维氏硬度试验的分类和试验力选择维氏硬度试验按试验力大小的不同，细分为三种试验，即：维氏硬度试验、小负荷维氏硬度试验和显微维氏硬度试验。
见表3-1表3-1维氏硬度试验的三种方法
试验力范围/N
硬度符号
试验名称
F≥49.03
≥HV5
维氏硬度试验
1.961≤F